集中太阳能将用于磁铁矿生产(2)

在位于环形区域的内流化床管外部的加热空气和通过它预热的流化气体，这两种气体的独立性不仅允许我们利用不同成分的气体工作，还具备流动速率的独立控制。此外，恰好在气体进入流态床之前，独立的温度控制可以由一个气体流化管的次级电预热完成。

用于这项工作的流化气体是混有5%氢气的氮气。对流化气体流量和温度的操作控制，及衰减器开口的大小，被记录在了流化床上。由于鼓泡流化床炉的特征，待处理颗粒的尺寸必须尽可能均匀一致，以避免被吸入从顶部冒出的气体。因此，氧化皮是预先在一个直径为1.5米的造球圆盘上经造块处理过的。

随后，造粒材料在炉内被处理(氧化)至稳定，直到它被完全转化为赤铁矿(Fe2O3)。X射线衍射分析证实，最终获得的产品是100%的赤铁矿。

关闭遮板会导致辐照有所降低。该过程持续几分钟，但对流化床的温度影响不大。温度保持良好的原因在于：赤铁矿具有高比热，因此其可作为一种蓄热体。流化床的这种高温稳定性揭示了其作为反应器的适用性。

在任何情况下，为了防止在最长的加热期间由低日晒导致的温度下降，可以在流化床上配备一个使用气体或电力的并行加热系统，以防止炉内发生任何可能的温降。该流化床炉带有并行加热系统，能够保证一个连续的年度运营时间，这使得太阳热能的使用达到节约能源的目的。

利用太阳能转化磁铁矿

如果氧化皮在露天或非真空气氛中被生产，没有在900℃温度下进行强制空气再循环，则获得的产品将是磁铁矿，即Fe3O4(66%)和赤铁矿，即Fe2O3(34%)的混合物。在操作开始时，最初出现在系统中的还原电位被氧化气氛所抵消，这一点促进了处理结束时Fe2O3的形成。正是在处理之初的这种弱还原气氛，导致FeO的不完全氧化，也保证了大量赤铁矿的产生。此外，在太阳能流化床炉中5%H2的气氛下，由赤铁矿(Fe2O3)产生的磁铁矿(Fe3O4)，在热力学上符合对Fe-H-O系统所作的预测。

以含高百分比磁铁矿的铁原材料所获得的烧结物可显著降低焦炭消耗量，因此太阳能炉可作为一种用来减少需要烧结的铁原材料混合物焦比(焦炭消耗)的工具。在需要烧结处理的铁中，30%的Fe3O4就降低了实现高性能产品所需的焦炭量，少于原本所需焦炭量的16%。

实验采用了两种不同生产方法获得1吨直接还原铁进行成本比较研究，其中第一种方法使用天然气作为还原剂和能量来源;第二种方法中能量来源是天然气，而还原成分则为煤。

结果表明：考虑到建立一个配备有太阳能炉的直接还原铁工厂的成本，并顾及到在这样一个工厂里通过降低能源消耗节省的成本积累来看，应用太阳能流化床炉将具有竞争力。显然，当在太阳能炉中处理铁碳废料时，首先不仅存在一个源于使用更少能量和需要更少铁矿石的成本节约，还与降低消耗密切相关(通过回收废物，这将节省大量的碳)，由此所带来的利润和成本节约较为可观。

太阳能冶金辟新径

CSE是一种在高温下加热流化床的适当方式。CSE加热流化床是一个反应器，其适用于完成氧化皮的还原和能够达到反应温度的其他反应。工业上赤铁矿还原为磁铁矿，可通过CSE完成。如果想要每天工作24小时，则须引入并行加热系统。

随着双重加热实践的进行，就全年来看，如果N2+5% H2混合气体被用作还原剂，除减少CO2排放外，节约能源是显而易见的。据估计，在一个阳光相当充足的位置，将减少20%~30%的CO2排放量。

太阳能炉的使用可以引入到所有类型的化学或冶金学过程中。即使在传统流程中，考虑到采用这种集中器设备得到的温度独立性，CSE可以用于预热助燃空气。与市场上现存的DRI设备相比，虽然在安装太阳能DRI还原设施上要增加投资，但从节省能源成本和原材料(含铁材料和还原剂)方面看，该方法具有一定的优势。

研究表明，在太阳能炉中由钢的副产品(如氧化皮和轧屑)实现赤铁矿向磁铁矿还原是可能的。可以考虑将这一成果应用到炼钢过程中的其他领域，如用作烧结过程配料的铁矿石的部分还原。

由处理氧化皮实验所得数据分析，可以将以下应用纳入到太阳能的使用范围：①把用于烧结过程的铁矿石粉末，主要是Fe2O3，转变为磁铁矿(Fe3O4);②加热供给熔炉的烧结矿(或颗粒)的可能性;③供给BF的烧结或球团铁配料的部分还原;④降低具有高含量碱金属、卤素、硫的烧结粉末来形成磁铁矿，并通过后续的磁选分离出非钢污染物来释放磁铁矿。